Les propriétés du sang circulant, ou hémodynamique, fournissent des informations importantes sur les maladies vasculaires, mais les limitations techniques rendent difficile la mesure de ces propriétés en clinique. Maintenant, il existe peut-être une solution réalisable.
Des chercheurs du California Institute of Technology (Caltech) et de l’Université de Californie du Sud ont développé une méthode d’imagerie 3D peu coûteuse et non invasive, appelée tomodensitométrie photoacoustique via relais ergodique (PACTOR), qui simule de manière réaliste les particules de sang en circulation. Temps. Dans une étude en Génie biomédical naturelLes auteurs ont démontré avec succès la faisabilité de cette technique chez les animaux et les humains.
« Cette technologie reprend plusieurs concepts innovants et les regroupe en une seule unité compacte. Randy King, Ph.D., directeur de programme de la Division des sciences appliquées et de la technologie à l’Institut national d’imagerie biomédicale. Cela dit, je pense que ce type d’outil pourrait avoir des applications plus larges, notamment la surveillance continue dans les hôpitaux et à domicile. Biotechnologie (NIBIB).
PACTER, un nouveau système d’imagerie photoacoustique, envoie un laser dans le corps et détecte les ondes ultrasonores résultantes pour produire des images 3D du sang qui coule. Crédit : Yide Zhang/NIBIB
Des facteurs tels que la vitesse du flux sanguin et l’oxygénation peuvent déterminer le développement et les conditions initiales athérosclérose, anévrisme, thrombose et autres conditions. Certaines techniques d’imagerie diagnostique peuvent détecter ces propriétés hémodynamiques, mais ces techniques impliquent l’injection au patient d’un colorant, appelé agent de contraste, ou l’administration de rayonnements ionisants au patient, qui peuvent toutes deux présenter des risques pour la santé.
Les travaux du laboratoire de Wang se sont récemment concentrés sur des alternatives basées sur l’effet photoacoustique, un phénomène qui décrit la transmission des ondes sonores après l’absorption de la lumière. L’imagerie photoacoustique exploite cet effet pour imager les tissus du corps. Grâce à cette technologie, les biomolécules absorbent la lumière des impulsions laser et réémettent l’énergie sous forme d’ondes ultrasonores. Le signal réfléchi peut ensuite être utilisé pour créer une image.
Wang et ses collègues ont utilisé l’imagerie photoacoustique pour capturer les signaux de l’hémoglobine, une molécule transportant l’oxygène située dans les globules rouges, leur permettant ainsi de visualiser le flux sanguin en temps réel.
La technologie photoacoustique peut nécessiter plusieurs capteurs à ultrasons coûteux pour capturer les ondes sonores à propagation rapide. UN pré-rechute Le système de l’équipe a montré des performances prometteuses, même en utilisant un seul capteur. Cependant, il ne peut capturer que suffisamment d’informations pour créer une image 2D.
Pour produire des images 3D tout en conservant une conception à capteur unique petite et rentable, les chercheurs ont conçu une stratégie permettant de faire le gros du travail avant l’imagerie.
Dans la nouvelle étude, les auteurs ont développé PACTER, un système de bureau qu’ils ont calibré à l’aide d’un faisceau laser étroit dirigé vers 6 400 points différents dans un échantillon de sang bovin. Bien qu’intensive, cette étape d’étalonnage permet au système de différencier jusqu’à 6 400 signaux provenant d’un seul large faisceau laser lors d’expériences d’imagerie ultérieures. Cette approche signifie que les chercheurs peuvent réaliser une imagerie rapide tout en capturant un grand nombre de données.
« Nous pouvons décomposer le signal brut total en signaux individuels. En fait, nous pouvons utiliser ce détecteur unique comme des milliers de détecteurs virtuels », a déclaré l’auteur principal Lihong Wang, Ph.D., professeur de génie médical et électrique à Caltech.
PACTER a été calibré sur du sang de porc à l’aide de milliers de faisceaux laser, permettant d’effectuer des mesures ultérieures avec un seul faisceau tout en collectant suffisamment de données. Crédit : Yede Zhang
Les auteurs ont testé PACTER en projetant un faisceau laser sur des souris. En détectant les ondes réfléchies, le système a réussi à cartographier les vaisseaux sanguins abdominaux de l’animal en 3D. Il a également détecté des changements périodiques dans la forme des vaisseaux sanguins, ce qui a aidé les chercheurs à identifier la fréquence respiratoire de l’animal.
Ensuite, les chercheurs ont visualisé les vaisseaux sanguins des mains et des pieds humains, des emplacements couramment évalués chez les patients atteints de maladies vasculaires périphériques et de diabète.
À partir de leurs mesures, l’équipe a pu calculer la vitesse du flux sanguin. En utilisant un brassard de surveillance de la tension artérielle, les chercheurs peuvent modifier l’hémodynamique des membres du sujet. Les auteurs ont réussi à observer les changements attendus dans la vitesse du sang et la taille des vaisseaux sanguins.
« Le fait que nous ayons réussi à intégrer autant de capacité dans un système rentable constitue un grand pas en avant pour nous. Mais il reste encore beaucoup de travail à faire. “Ce n’est pas la version finale de cette technologie”, a déclaré Wang.
Les chercheurs souhaitent augmenter la sensibilité de PACTER aux signaux émis par le corps et lui donner une taille plus portable. En ce qui concerne les applications, elles se concentrent sur la mesure de l’oxygénation du sang dans les artères et les veines du cou et sur son utilisation pour suivre le métabolisme dans le cerveau. Mais ce n’est là qu’une des nombreuses voies possibles.
En tant que groupe, une équipe ne peut pas en savoir beaucoup, explique Wang. Il espère que cette recherche inspirera d’autres personnes à relever bon nombre des défis cliniques auxquels ils ont réfléchi et à découvrir de nouvelles utilisations potentielles.
Cette recherche a été financée par des subventions du NIBIB (R01EB028277 et U01EB029823) et du National Cancer Institute (R35CA220436).
Cette note scientifique décrit les résultats de la recherche fondamentale. La recherche fondamentale améliore notre compréhension du comportement humain et de la biologie, ce qui constitue la base du développement de nouvelles et meilleures méthodes de prévention, de diagnostic et de traitement des maladies. La science est un processus imprévisible et graduel : chaque avancée en recherche s’appuie sur des découvertes passées, souvent de manière inattendue. La plupart des progrès cliniques ne seraient pas possibles sans une connaissance de la recherche fondamentale fondamentale.
Référence de l’étude : Yide Zhang et al. Imagerie hémodynamique longitudinale ultrarapide via tomographie photoacoustique volumétrique jetable avec un détecteur à élément unique. Génie biomédical nature (2023). est ce que je:10.1038/s41551-023-01149-4.
2024-07-13 17:56:13
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